這是最近香港大學的校長——張翔院士領導的美國加州大學伯克利分校的研究團隊發表的論文。

這個實驗是這樣的，在一個真空容器內，確保兩張薄膜互相平行，誤差不超過幾奈米。同時，保證膜非常光滑，表面奈米凸起或者凹陷不超過1.5奈米。在實驗中，兩張膜被固定在了兩側，他們用加熱器對其中一張膜加熱，同時利用製冷器給另一張膜降溫。為了探測振動頻率，也就是溫度變化，兩張膜都覆蓋了超薄金反射層，並用微弱的鐳射進行照射。經歷了多次實驗後，團隊確認，膜與真空室的接觸面不存在熱傳導，也沒有任何電磁波熱輻射。

最終，他們發現，當兩張膜的距離小於600奈米時，他們的溫度就發生了變化，並且，該變化無法用其他理論解釋。當相聚小於400奈米時，熱交換的速率能使兩張膜發生明顯的變化。

他們計算了實驗中，聲子傳遞能量的最高效率，按照這個速率，如果想傳遞一個可見光光子的能量都需要50秒，雖然這看起來微不足道，張翔認為，這仍然是熱量在兩個物體之間傳遞的新機制。這就是所謂的真空聲子傳熱。

當然，這聽起來很不可思議，熱量能在真空中傳播。即使是聲子傳熱，聲子是晶格振動產生的機械波，按照經典物理學的理論，那也是需要傳播介質的，真空怎麼可能？也許，還有更新的機制沒有被發現。筆者認為，兩個薄膜的溫度差大，就意味著兩個薄膜上原子或電子的振幅速率不一致。根據麥克斯韋方程組，動電生磁，動磁生電，也就是說，其中高溫的薄片上的分子振動劇烈，表面等離子體共振強烈，這就是電磁波啊，會有電磁輻射。這個電磁輻射作用到另一個低溫薄片，這就相當於能量傳輸轉運。而且，具體只有幾百奈米，金原子的直徑就3.5奈米，雖然不在一個數量級，差距還是可以接受的。這種電磁輻射是非常小的，如果不是自己專門研製的儀器，很難探測到。

目前我的知識水平也只能解釋到這裡了。

粒子物理更下的東西，夸克，中微子等一系列的東西，也許可以考慮用來解釋真空傳熱。但是，目前，聽到這個結論，還是感覺匪夷所思。

如何看待Nature近期發表論文中提到的新的熱傳導方式：真空聲子傳熱？

在學習物理時，物理教科書上的知識告訴我們，宇宙中的熱能只有傳導、對流以及輻射這三種傳遞方式，除此之外，熱量再也沒有其他的方式來進行傳遞。

然而在2019年12月16日，加州大學伯克利分校的張翔團隊在《自然》（Nature）雜誌上發表的論文顯示，這些科學家發現了一種前所未有的熱傳遞方式——“真空聲子傳熱”，這就意味著，我們的物理教科書將被改寫。

什麼是聲子呢？所謂聲子是指凝聚態物質中原子、分子等微觀粒子振動的集體激發所具備的能量量子，為了方便理解，我們可以粗略地認為，聲子就是振動能量子化後的最小單位，它是一種準粒子，和我們常聽到的光子、電子等基本粒子是完全不同的概念。

我們都知道，熱能可以透過振動能的形式在微觀粒子（如分子、原子等）間傳遞，這就說明了聲子是可以傳遞熱能的。但是聲子必須要透過介質才可以傳遞熱能，而真空裡是沒有介質的，據此我們可以得出一個結論，熱能是不能夠透過振動能的形式在真空中傳遞的。

那麼真空裡真的就沒有介質嗎？對此，量子力學認為，在看似什麼都沒有的真空裡，其實充滿了大量的虛粒子，這些虛粒子在真空中總是成對（一個正一個反）地出現，然後又在一瞬間互相湮滅。需要注意的是，量子力學所描述這種現象並不是只存在於理論中，事實上，早在1996年科學家就透過實驗證實了這一現象。

科學家在真空中平行置入兩片非常薄並且非常光滑金屬板，當這兩片金屬板之間的距離縮小到一定的程度時，科學家觀測到了它們之間具有了互相靠近的趨勢，經過反覆研究以後，科學家認為這種使金屬板互相靠近的力就是由真空中的虛粒子產生的，這種現象就是有名的“卡西米爾效應”，而在該現象中產生的力就是“卡西米爾力”，它證明了真空其實並不空。

既然真空中存在“卡西米爾力”，那麼這種力能不能讓真空中的兩個物體隔空傳遞振動能，從而實現“真空聲子傳熱”呢？從理論上來講答案是肯定的，但是科學家透過計算得出，這種現象是發生在奈米尺度上，由於在這種尺度上存在很大的干擾（如靜電作用等等），而以這種方式傳遞的熱能又極為微弱，很難作出精確的測量，因此如何驗證“真空聲子傳熱”就成了一個巨大的難題。

對此，該研究團隊精心設計了一套實驗裝置，裝置的核心是兩片平行放置的只有100奈米厚的氮化矽薄膜，這兩片薄膜非常光滑，表面的凹凸程度不超過1.5奈米，薄膜還覆蓋了一層金屬反射層，以便於精密的光學儀器的探測工作（設計簡圖如下圖所示）。

實驗的思路是，當兩片溫度不同的薄膜在真空中靠得足夠近時，“卡西米爾力”就會發揮作用，從而使熱能從溫度高的薄膜向溫度低的薄膜傳遞。經過反覆的實驗，研究人員發現在兩片薄膜相距600奈米時就出現了熱傳遞的跡象，而距離小於400奈米，熱傳遞的現象就會變得非常明顯。

需要指出的是，根據計算，在這個過程中由熱輻射傳遞的熱能只佔總數的4%以下，也就是說，“真空聲子傳熱”是真實存在的。自此宇宙中的又一個秘密被科學家發現，我們知道了原來熱的傳遞方式還有第4種。

然而這種熱傳遞方式的效率似乎並不高，在進一步的研究工作中，科學家計算出在該實驗中聲子傳遞熱能的最高效率僅為每秒鐘 6.5 x 10^-21 焦耳，以這樣的效率，就算是傳遞一個可見光的光子所蘊含的全部能量，都需要好幾十秒鐘的時間。

不管怎麼樣，“真空聲子傳熱”也是一種前所未有的熱傳遞方式，在這物理學以及相關應用領域（比如說積體電路）中有著重要的意義，相信在不久的將來，我們的物理教科書將被改寫為：宇宙中的熱能總共有4種傳遞方式。